JP7766827B2 - Semiconductor Devices - Google Patents
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Description
本開示は、半導体装置に関するものである。 This disclosure relates to a semiconductor device.
従来、製品の寿命を検知するために、寿命検知用コンデンサ(診断用素子に相当する)を内蔵した電源装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の技術では、寿命検知用コンデンサが製品の内部回路と電気的に接続され、寿命検知用コンデンサの静電容量に基づいて製品の寿命を検知している。 Conventionally, power supply devices have been proposed that incorporate a lifespan detection capacitor (equivalent to a diagnostic element) to detect the lifespan of a product (see, for example, Patent Document 1). In the technology described in Patent Document 1, the lifespan detection capacitor is electrically connected to the product's internal circuitry, and the product's lifespan is detected based on the capacitance of the lifespan detection capacitor.
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、診断用素子として寿命検知用コンデンサが製品の内部回路と電気的に接続されているため、製造時に診断用素子の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことができなかった。However, in the technology described in Patent Document 1, the life detection capacitor acting as a diagnostic element is electrically connected to the product's internal circuitry, making it difficult to easily switch between including and not including the diagnostic element during manufacturing.
そこで、本開示は、製造時に診断用素子の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことが可能な半導体装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure aims to provide a semiconductor device that can easily switch between having and not having a diagnostic element installed during manufacturing.
本開示に係る半導体装置は、表面に設けられた表面パターンと、裏面に設けられた裏面パターンとを有する絶縁基板と、前記表面パターン上に搭載された半導体素子と、上面視で前記絶縁基板を包含して前記裏面パターンと接合された放熱板と、前記放熱板上の周縁部に固定され、前記絶縁基板と前記半導体素子とを収容するケースと、前記ケース内に配置され、前記半導体素子の劣化を診断するための診断用素子と、を備え、前記診断用素子は外部接続用端子を有する電解コンデンサであり、前記外部接続用端子は、前記半導体素子と電気的に接続されていない。
The semiconductor device according to the present disclosure comprises an insulating substrate having a surface pattern provided on its surface and a back pattern provided on its back surface, a semiconductor element mounted on the surface pattern, a heat sink that encompasses the insulating substrate in a top view and is joined to the back pattern, a case that is fixed to the peripheral portion of the heat sink and that houses the insulating substrate and the semiconductor element, and a diagnostic element that is disposed within the case and that diagnoses deterioration of the semiconductor element , wherein the diagnostic element is an electrolytic capacitor having terminals for external connection, and the terminals for external connection are not electrically connected to the semiconductor element.
本開示によれば、診断用素子の有無が製品へ影響を与えないため、製造時に診断用素子の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことができる。 According to the present disclosure, the presence or absence of a diagnostic element does not affect the product, making it easy to switch between including and not including a diagnostic element during manufacturing.
この開示の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, aspects, and advantages of this disclosure will become more apparent from the following detailed description and accompanying drawings.
<実施の形態1>
実施の形態1について、図面を用いて以下に説明する。図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の断面図である。
First Embodiment
First Embodiment A first embodiment will be described below with reference to the drawings. Fig. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 100 according to the first embodiment.
図1に示すように、半導体装置100は、パワーモジュールであり、放熱板1と、絶縁基板2と、半導体素子3と、複数のリード電極4と、ケース7と、封止樹脂8と、診断用素子9と、蓋12とを備えている。 As shown in Figure 1, the semiconductor device 100 is a power module and includes a heat sink 1, an insulating substrate 2, a semiconductor element 3, multiple lead electrodes 4, a case 7, sealing resin 8, a diagnostic element 9, and a lid 12.
絶縁基板2は、上面視にて矩形状に形成されている。絶縁基板2は、絶縁基材2aと、絶縁基材2aの表面に設けられた表面パターン2bと、絶縁基材2aの裏面に設けられた裏面パターン2cとを備えている。絶縁基材2aは、セラミックなどにより構成されている。表面パターン2bおよび裏面パターン2cは、銅などの金属により構成されている。 The insulating substrate 2 is formed in a rectangular shape when viewed from above. The insulating substrate 2 comprises an insulating base material 2a, a surface pattern 2b provided on the surface of the insulating base material 2a, and a back pattern 2c provided on the back surface of the insulating base material 2a. The insulating base material 2a is made of ceramic or the like. The surface pattern 2b and back pattern 2c are made of a metal such as copper.
放熱板1は、銅などの金属により構成され、上面視にて矩形状に形成されている。放熱板1は、上面視で絶縁基板2を包含して裏面パターン2cと、接合材5により接合されている。接合材5は、例えばはんだである。The heat sink 1 is made of a metal such as copper and is rectangular in top view. The heat sink 1 encompasses the insulating substrate 2 in top view and is bonded to the back surface pattern 2c with a bonding material 5. The bonding material 5 is, for example, solder.
半導体素子3は、絶縁基板2の表面に搭載されている。具体的には、半導体素子3は、表面パターン2b上に接合材5を介して搭載されている。半導体素子3は、金属ワイヤ6によりリード電極4と電気的に接続されている。ここで、半導体素子3は1つに限定されることなく、複数であってもよい。 The semiconductor element 3 is mounted on the surface of the insulating substrate 2. Specifically, the semiconductor element 3 is mounted on the surface pattern 2b via a bonding material 5. The semiconductor element 3 is electrically connected to the lead electrode 4 by a metal wire 6. Here, the number of semiconductor elements 3 is not limited to one, and there may be multiple semiconductor elements 3.
半導体素子3は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)、または金属酸化物半導体電解効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。また、半導体素子3は、電気的に接続されているフリーホイールダイオード(FWD:Free Wheeling Diode)を含んでいてもよい。また、半導体素子3は、シリコンまたはワイドバンドギャップ半導体材料により構成されている。ワイドバンドギャップ半導体材料は、炭化ケイ素、窒化ガリウム系半導体材料、およびダイヤモンド等である。 The semiconductor element 3 is, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET). The semiconductor element 3 may also include an electrically connected free wheeling diode (FWD). The semiconductor element 3 is made of silicon or a wide band gap semiconductor material. Wide band gap semiconductor materials include silicon carbide, gallium nitride-based semiconductor materials, and diamond.
ケース7は、上面視にて矩形枠状に形成されている。ケース7は、放熱板1上の周縁部に固定され、絶縁基板2と半導体素子3とを収容している。また、ケース7は樹脂により構成され、絶縁性を有している。 The case 7 is formed into a rectangular frame shape when viewed from above. The case 7 is fixed to the peripheral edge of the heat sink 1 and houses the insulating substrate 2 and semiconductor element 3. The case 7 is made of resin and has insulating properties.
診断用素子9は、ケース7内の上部に配置されている。具体的には、診断用素子9は、ケース7内において半導体素子3よりも上方に配置されている。診断用素子9は、半導体素子3の劣化、すなわち、半導体装置100の劣化を診断するための部材である。半導体装置100の劣化診断については後述する。The diagnostic element 9 is located at the top inside the case 7. Specifically, the diagnostic element 9 is located above the semiconductor element 3 inside the case 7. The diagnostic element 9 is a component for diagnosing the deterioration of the semiconductor element 3, i.e., the deterioration of the semiconductor device 100. Diagnosis of the deterioration of the semiconductor device 100 will be described later.
蓋12は、ケース7の開口7aを塞ぐように、診断用素子9よりも上方に取り付けられている。蓋12は、ケース7と同様に樹脂により構成され、絶縁性を有している。蓋12には、2つの貫通孔12aと複数の貫通孔12bが形成されている。診断用素子9が有する2つの端子9aは、2つの貫通孔12aを介して外部へ突出している。すなわち、診断用素子9の2つの端子9aは外部接続用端子であり、半導体素子3と電気的に接続されていない。そのため、診断用素子9の動作が半導体素子3の動作に影響を与えないし、半導体素子3の動作が診断用素子9の動作にも影響を与えない。このように、診断用素子9の有無が製品である半導体装置100へ影響を与えないため、製造時に診断用素子9の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことが可能となる。The lid 12 is attached above the diagnostic element 9 so as to cover the opening 7a of the case 7. Like the case 7, the lid 12 is made of resin and is insulating. Two through holes 12a and multiple through holes 12b are formed in the lid 12. The two terminals 9a of the diagnostic element 9 protrude to the outside through the two through holes 12a. In other words, the two terminals 9a of the diagnostic element 9 are external connection terminals and are not electrically connected to the semiconductor element 3. Therefore, the operation of the diagnostic element 9 does not affect the operation of the semiconductor element 3, and the operation of the semiconductor element 3 does not affect the operation of the diagnostic element 9. In this way, the presence or absence of the diagnostic element 9 does not affect the finished semiconductor device 100, making it easy to switch between including and excluding the diagnostic element 9 during manufacturing.
複数のリード電極4の一端部は表面パターン2bと接続され、他端部はそれぞれ蓋12に形成された複数の貫通孔12bを介して外部へ突出している。封止樹脂8は、例えばエポキシ樹脂であり、ケース7内に充填されている。 One end of each of the multiple lead electrodes 4 is connected to the surface pattern 2b, and the other end protrudes to the outside through multiple through-holes 12b formed in the lid 12. The sealing resin 8, which may be epoxy resin, is filled inside the case 7.
次に、図2を用いて、診断用素子9を用いた半導体装置100の劣化診断について説明する。図2は、実施の形態1に係る半導体装置100およびこれが備える診断用素子9の特性値を示すグラフである。Next, we will explain the deterioration diagnosis of the semiconductor device 100 using the diagnostic element 9 using Figure 2. Figure 2 is a graph showing the characteristic values of the semiconductor device 100 according to embodiment 1 and the diagnostic element 9 it includes.
半導体装置100の劣化は半導体素子3の劣化と関連しており、半導体装置100の破壊タイミングは半導体素子3の破壊タイミングと同じであると考えることができる。そのため、半導体装置100の劣化診断では、半導体装置100の破壊タイミングとして半導体素子3の破壊タイミングが用いられる。図2に示すように、半導体装置100の破壊タイミングと診断用素子9の特性値は関連している。診断用素子9の特性値は、半導体装置100の動作環境または駆動時の温度などに依存して経時的に変化している。診断用素子9の特性値が特定の値になったときに、半導体装置100が破壊されていることが分かる。そのため、診断用素子9の特性値を測定することで、半導体装置100の破壊タイミング、すなわち、半導体装置100の劣化を診断することが可能となる。 The degradation of the semiconductor device 100 is related to the degradation of the semiconductor element 3, and the breakdown timing of the semiconductor device 100 can be considered to be the same as the breakdown timing of the semiconductor element 3. Therefore, in diagnosing the degradation of the semiconductor device 100, the breakdown timing of the semiconductor element 3 is used as the breakdown timing of the semiconductor device 100. As shown in Figure 2, the breakdown timing of the semiconductor device 100 is related to the characteristic value of the diagnostic element 9. The characteristic value of the diagnostic element 9 changes over time depending on the operating environment of the semiconductor device 100 or the temperature during operation. When the characteristic value of the diagnostic element 9 reaches a specific value, it is determined that the semiconductor device 100 has been destroyed. Therefore, by measuring the characteristic value of the diagnostic element 9, it is possible to diagnose the breakdown timing of the semiconductor device 100, i.e., the degradation of the semiconductor device 100.
ここで、図2におけるモジュール特性(半導体装置100の特性)は半導体装置100の出力電圧であり、半導体装置100の破壊後において非連続となっている。また、図2における診断用素子特性は診断用素子9の特性であり、半導体装置100の破壊前後において連続的に単調減少している。 Here, the module characteristics (characteristics of semiconductor device 100) in Figure 2 are the output voltage of semiconductor device 100, which become discontinuous after breakdown of semiconductor device 100. Furthermore, the diagnostic element characteristics in Figure 2 are the characteristics of diagnostic element 9, which continuously and monotonically decrease before and after breakdown of semiconductor device 100.
なお、図2では診断用素子9の特性値が経時的に単調減少する場合について示したが、診断用素子9の特性値は経時的に単調増加していてもよい。また、診断用素子9として、その特性値と半導体装置100の破壊タイミングが関連していれば、どのような部材も採用可能である。 Note that while Figure 2 shows a case in which the characteristic value of the diagnostic element 9 monotonically decreases over time, the characteristic value of the diagnostic element 9 may also monotonically increase over time. Furthermore, any material can be used as the diagnostic element 9 as long as its characteristic value is related to the timing of breakdown of the semiconductor device 100.
半導体装置100の劣化診断手法としては、モジュール特性と診断用素子特性とをデータサーバー(図示しない)に蓄積し、蓄積されたデータを機械学習データとして用いることで、診断用素子特性から半導体装置100の劣化診断を可能にする。ここで、モジュール特性は、製品の出荷試験データ、劣化試験データ、および製品の実稼働時における動作データから取得される。 The degradation diagnosis method for the semiconductor device 100 involves storing module characteristics and diagnostic element characteristics in a data server (not shown), and using the stored data as machine learning data to enable degradation diagnosis of the semiconductor device 100 from the diagnostic element characteristics. Here, the module characteristics are obtained from product shipping test data, degradation test data, and operational data from the product during actual operation.
以上のように、実施の形態1に係る半導体装置100は、表面に設けられた表面パターン2bと、裏面に設けられた裏面パターン2cとを有する絶縁基板2と、表面パターン2b上に搭載された半導体素子3と、上面視で絶縁基板2を包含して裏面パターン2cと接合された放熱板1と、放熱板1上の周縁部に固定され、絶縁基板2と半導体素子3とを収容するケース7と、ケース7内に配置され、半導体素子3の劣化を診断するための診断用素子9とを備え、診断用素子9は端子9aを有し、端子9aは、半導体素子3と電気的に接続されていない。 As described above, the semiconductor device 100 according to embodiment 1 comprises an insulating substrate 2 having a surface pattern 2b on its surface and a back pattern 2c on its back surface, a semiconductor element 3 mounted on the surface pattern 2b, a heat sink 1 that encompasses the insulating substrate 2 in a top view and is joined to the back pattern 2c, a case 7 that is fixed to the peripheral portion of the heat sink 1 and houses the insulating substrate 2 and the semiconductor element 3, and a diagnostic element 9 that is disposed within the case 7 and is used to diagnose deterioration of the semiconductor element 3, the diagnostic element 9 having a terminal 9a that is not electrically connected to the semiconductor element 3.
したがって、診断用素子9の有無が製品である半導体装置100へ影響を与えないため、製造時に診断用素子9の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことができる。 Therefore, the presence or absence of the diagnostic element 9 does not affect the semiconductor device 100, which is the product, so it is easy to switch between including and not including the diagnostic element 9 during manufacturing.
<実施の形態2>
次に、実施の形態2に係る半導体装置100について説明する。なお、実施の形態2において、実施の形態1で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<Second Embodiment>
Next, a semiconductor device 100 according to a second embodiment will be described. In the second embodiment, the same components as those described in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
実施の形態2では、診断用素子9は電解コンデンサであり、半導体装置100の構造と電解コンデンサの特性値の経時的変化は実施の形態1の場合と同様であるため、図1と図2を用いて説明する。なお、実施の形態2では診断用素子9を電解コンデンサとして説明する。In embodiment 2, the diagnostic element 9 is an electrolytic capacitor, and the structure of the semiconductor device 100 and the changes in the characteristic values of the electrolytic capacitor over time are the same as in embodiment 1, so the description will be given using Figures 1 and 2. Note that in embodiment 2, the diagnostic element 9 will be described as an electrolytic capacitor.
図1に示すように、電解コンデンサは、ケース7内において半導体素子3よりも上方に配置されている。電解コンデンサが有する2つの端子9aは、2つの貫通孔12aを介して外部へ突出している。すなわち、電解コンデンサの2つの端子9aは外部接続用端子であり、半導体素子3と電気的に接続されていない。そのため、電解コンデンサの動作が半導体素子3の動作に影響を与えないし、半導体素子3の動作が電解コンデンサの動作にも影響を与えない。このように、電解コンデンサの有無が製品である半導体装置100へ影響を与えないため、製造時に電解コンデンサの搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことが可能となる。 As shown in FIG. 1, the electrolytic capacitor is positioned above the semiconductor element 3 within the case 7. The two terminals 9a of the electrolytic capacitor protrude to the outside through two through holes 12a. In other words, the two terminals 9a of the electrolytic capacitor are terminals for external connection and are not electrically connected to the semiconductor element 3. Therefore, the operation of the electrolytic capacitor does not affect the operation of the semiconductor element 3, and the operation of the semiconductor element 3 does not affect the operation of the electrolytic capacitor. In this way, the presence or absence of the electrolytic capacitor does not affect the finished semiconductor device 100, making it easy to switch between including and not including the electrolytic capacitor during manufacturing.
図示しないが、電解コンデンサの2つの端子9aは、電解コンデンサの静電容量を測定するためのセンサーと接続されている。図2に示すように、電解コンデンサの静電容量は、半導体装置100の動作環境または駆動時の温度などに依存して経時的に減少している。Although not shown, the two terminals 9a of the electrolytic capacitor are connected to a sensor for measuring the capacitance of the electrolytic capacitor. As shown in Figure 2, the capacitance of the electrolytic capacitor decreases over time depending on the operating environment of the semiconductor device 100 or the temperature during operation.
ここで、図2におけるモジュール特性(半導体装置100の特性)は半導体装置100の出力電圧であり、半導体装置100の破壊後において非連続となっている。また、図2における診断用素子特性(電解コンデンサの特性)は電解コンデンサの静電容量であり、半導体装置100の破壊前後において連続的に単調減少している。 Here, the module characteristics (characteristics of the semiconductor device 100) in Figure 2 are the output voltage of the semiconductor device 100, which become discontinuous after the breakdown of the semiconductor device 100. Also, the diagnostic element characteristics (characteristics of the electrolytic capacitor) in Figure 2 are the capacitance of the electrolytic capacitor, which continuously and monotonically decrease before and after the breakdown of the semiconductor device 100.
半導体装置100の劣化診断手法については、実施の形態1の場合と同様であるため、説明を省略する。 The degradation diagnosis method for the semiconductor device 100 is the same as in embodiment 1, so explanation will be omitted.
以上のように、実施の形態2に係る半導体装置100では、診断用素子9は電解コンデンサであるため、電解コンデンサの有無が製品である半導体装置100へ影響を与えないため、製造時に電解コンデンサの搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことができる。 As described above, in the semiconductor device 100 of embodiment 2, the diagnostic element 9 is an electrolytic capacitor, so the presence or absence of the electrolytic capacitor does not affect the semiconductor device 100 as a product, and therefore it is easy to switch between including and not including the electrolytic capacitor during manufacturing.
<実施の形態3>
次に、実施の形態3に係る半導体装置100Aについて説明する。図3は、実施の形態3に係る半導体装置100Aの断面図である。なお、実施の形態3において、実施の形態1,2で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<Third Embodiment>
Next, a semiconductor device 100A according to a third embodiment will be described. Fig. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100A according to the third embodiment. Note that in the third embodiment, the same components as those described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図3に示すように、実施の形態3では、診断用素子9は表面パターン2b上における半導体素子3の周辺部に配置されている。診断用素子9が半導体素子3の近傍に配置されることで、半導体素子3の温度をさらに詳細に反映した診断用素子特性を取得することが可能となる。なお、実施の形態3において診断用素子9は電解コンデンサであってもよい。 As shown in FIG. 3, in embodiment 3, the diagnostic element 9 is arranged on the surface pattern 2b in the periphery of the semiconductor element 3. By arranging the diagnostic element 9 in the vicinity of the semiconductor element 3, it is possible to obtain diagnostic element characteristics that reflect the temperature of the semiconductor element 3 in more detail. Note that in embodiment 3, the diagnostic element 9 may be an electrolytic capacitor.
以上のように、実施の形態3に係る半導体装置100Aでは、診断用素子9は、表面パターン2b上における半導体素子3の周辺部に配置されているため、半導体素子3の温度をさらに詳細に反映した診断用素子特性を取得することが可能となり、半導体装置100Aにおける劣化診断精度の向上が期待できる。 As described above, in the semiconductor device 100A of embodiment 3, the diagnostic element 9 is arranged in the peripheral portion of the semiconductor element 3 on the surface pattern 2b, making it possible to obtain diagnostic element characteristics that reflect the temperature of the semiconductor element 3 in more detail, and improving the accuracy of deterioration diagnosis in the semiconductor device 100A can be expected.
<実施の形態4>
次に、実施の形態4に係る半導体装置100Bについて説明する。図4は、実施の形態4に係る半導体装置100Bの断面図である。なお、実施の形態4において、実施の形態1~3で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<Fourth Embodiment>
Next, a semiconductor device 100B according to a fourth embodiment will be described. Fig. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100B according to the fourth embodiment. Note that in the fourth embodiment, the same components as those described in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図4に示すように、実施の形態4では、半導体装置100Bは、診断用素子9を複数(例えば2つ)備えている。各診断用素子9が有する2つの端子9aは半導体素子3と電気的に接続されていない。そのため、各診断用素子9から個別に診断用素子特性を取得可能である。 As shown in FIG. 4, in embodiment 4, the semiconductor device 100B has multiple (e.g., two) diagnostic elements 9. The two terminals 9a of each diagnostic element 9 are not electrically connected to the semiconductor element 3. Therefore, it is possible to obtain diagnostic element characteristics individually from each diagnostic element 9.
2つの診断用素子9は共に、ケース7内において半導体素子3よりも上方に配置されていてもよいし、表面パターン2b上における半導体素子3の周辺部に配置されていてもよい。また、2つの診断用素子9のうち一方がケース7内において半導体素子3よりも上方に配置され、他方が表面パターン2b上における半導体素子3の周辺部に配置されていてもよい。 The two diagnostic elements 9 may both be positioned above the semiconductor element 3 within the case 7, or may be positioned on the periphery of the semiconductor element 3 on the surface pattern 2b. Alternatively, one of the two diagnostic elements 9 may be positioned above the semiconductor element 3 within the case 7, and the other may be positioned on the periphery of the semiconductor element 3 on the surface pattern 2b.
なお、図4では、2つの診断用素子9が設けられているが、診断用素子9は2つに限定されることなく、3つ以上であってもよい。また、実施の形態4において診断用素子9は電解コンデンサであってもよい。 In Figure 4, two diagnostic elements 9 are provided, but the number of diagnostic elements 9 is not limited to two and may be three or more. Also, in embodiment 4, the diagnostic element 9 may be an electrolytic capacitor.
以上のように、実施の形態4に係る半導体装置100Bでは、診断用素子9を複数備えているため、複数の診断用素子特性を考慮したデータを機械学習データとして用いることができる。これにより、半導体装置100Bにおける劣化診断精度の向上が期待できる。As described above, the semiconductor device 100B according to the fourth embodiment includes multiple diagnostic elements 9, and therefore data that takes into account the characteristics of multiple diagnostic elements can be used as machine learning data. This is expected to improve the accuracy of degradation diagnosis in the semiconductor device 100B.
<実施の形態5>
次に、実施の形態5に係る半導体装置100Cについて説明する。図5は、実施の形態5に係る半導体装置100Cの断面図である。なお、実施の形態5において、実施の形態1~4で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
<Fifth Embodiment>
Next, a semiconductor device 100C according to a fifth embodiment will be described. Fig. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100C according to the fifth embodiment. Note that in the fifth embodiment, the same components as those described in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図5に示すように、実施の形態5では、半導体装置100Cは、診断用素子9に代えて、ひずみゲージ11とひずみゲージ11が取り付けられる検出用試料10とを備えている。ひずみゲージ11のゲージリード11aが外部接続用端子であり、ゲージリード11aは、貫通孔12aを介して外部へ突出している。すなわち、ひずみゲージ11のゲージリード11aは半導体素子3と電気的に接続されていない。そのため、ひずみゲージ11の動作が半導体素子3の動作に影響を与えないし、半導体素子3の動作がひずみゲージ11の動作にも影響を与えない。このように、ひずみゲージ11の有無が製品である半導体装置100Cへ影響を与えないため、製造時にひずみゲージ11の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことが可能となる。 As shown in FIG. 5, in embodiment 5, the semiconductor device 100C includes a strain gauge 11 and a detection sample 10 to which the strain gauge 11 is attached, instead of the diagnostic element 9. The gauge lead 11a of the strain gauge 11 is an external connection terminal, and the gauge lead 11a protrudes to the outside through the through hole 12a. In other words, the gauge lead 11a of the strain gauge 11 is not electrically connected to the semiconductor element 3. Therefore, the operation of the strain gauge 11 does not affect the operation of the semiconductor element 3, and the operation of the semiconductor element 3 does not affect the operation of the strain gauge 11. In this way, the presence or absence of the strain gauge 11 does not affect the finished semiconductor device 100C, making it possible to easily switch between having and not having the strain gauge 11 installed during manufacturing.
検出用試料10は、表面パターン2b上に接合材5により接合されている。半導体素子3の温度をさらに詳細に反映した診断用素子特性を取得するために、検出用試料10は、表面パターン2b上における周辺部に接合されていることが望ましい。 The detection sample 10 is bonded to the surface pattern 2b with a bonding material 5. In order to obtain diagnostic element characteristics that reflect the temperature of the semiconductor element 3 in more detail, it is desirable that the detection sample 10 be bonded to the periphery of the surface pattern 2b.
また、熱履歴を明瞭に把握するために、検出用試料10は、絶縁基板2の線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有する材料により構成されていることが望ましい。また、半導体装置100Cの破壊時にも検出用試料10は機能する必要があるため、信頼性試験において、検出用試料10と絶縁基板2間の接合は、半導体素子3と金属ワイヤ6間の接合、および絶縁基板2と放熱板1間の接合よりも耐久性が高いことが必要である。なお、検出用試料10と絶縁基板2間の接合の耐久性は、検出用試料10の形状および接合面積を変更することで調整可能である。 In order to clearly understand the thermal history, it is desirable that the detection sample 10 be made of a material with a linear expansion coefficient greater than that of the insulating substrate 2. Furthermore, since the detection sample 10 must function even when the semiconductor device 100C is destroyed, in reliability tests the bond between the detection sample 10 and the insulating substrate 2 must be more durable than the bond between the semiconductor element 3 and the metal wire 6 and the bond between the insulating substrate 2 and the heat sink 1. The durability of the bond between the detection sample 10 and the insulating substrate 2 can be adjusted by changing the shape and bonding area of the detection sample 10.
検出用試料10は、半導体装置100Cの動作環境または駆動時の温度などに依存して伸縮する。検出用試料10のひずみは経時的に蓄積され、蓄積された検出用試料10のひずみはひずみゲージ11により測定される。ひずみゲージ11により測定された検出用試料10のひずみは診断用素子特性として用いられ、実施の形態1の場合と同様の手法で半導体装置100Cの劣化診断が行われる。ここで、ひずみゲージ11と検出用試料10は複数箇所に設けられていてもよい。 The detection sample 10 expands and contracts depending on the operating environment of the semiconductor device 100C or the temperature during operation. Strain in the detection sample 10 accumulates over time, and the accumulated strain in the detection sample 10 is measured by the strain gauge 11. The strain in the detection sample 10 measured by the strain gauge 11 is used as a diagnostic element characteristic, and degradation diagnosis of the semiconductor device 100C is performed using a method similar to that in embodiment 1. Here, the strain gauge 11 and the detection sample 10 may be provided in multiple locations.
なお、表面パターン2b上に検出用試料10を接合せずに、表面パターン2b上に直にひずみゲージ11が取り付けられてもよい。この場合、ひずみゲージ11により測定された表面パターン2bのひずみが診断用素子特性として用いられる。また、ひずみゲージ11は複数箇所に設けられていてもよい。 In addition, the strain gauge 11 may be attached directly to the surface pattern 2b without bonding the detection sample 10 onto the surface pattern 2b. In this case, the strain of the surface pattern 2b measured by the strain gauge 11 is used as the diagnostic element characteristic. In addition, the strain gauge 11 may be installed in multiple locations.
また、ゲージリード11aが外部接続用端子ではなく、外部接続用端子を別途設けておき、ゲージリード11aは別の部材である外部接続用端子と接続されていてもよい。 In addition, instead of the gauge lead 11a being an external connection terminal, a separate external connection terminal may be provided and the gauge lead 11a may be connected to the external connection terminal, which is a separate component.
以上のように、実施の形態5に係る半導体装置100Cでは、診断用素子9はひずみゲージ11であり、外部接続用端子は、ひずみゲージ11のゲージリード11aと接続されている。 As described above, in the semiconductor device 100C of embodiment 5, the diagnostic element 9 is a strain gauge 11, and the external connection terminal is connected to the gauge lead 11a of the strain gauge 11.
したがって、ひずみゲージ11の有無が製品である半導体装置100Cへ影響を与えないため、製造時にひずみゲージ11の搭載および非搭載の切り替えを容易に行うことができる。 Therefore, the presence or absence of the strain gauge 11 does not affect the finished semiconductor device 100C, so it is easy to switch between installing and not installing the strain gauge 11 during manufacturing.
また、診断用素子9は、ひずみゲージ11が取り付けられる検出用試料10を含み、検出用試料10は表面パターン2b上に配置され、外部接続用端子はゲージリード11aである。 The diagnostic element 9 also includes a detection sample 10 to which a strain gauge 11 is attached, the detection sample 10 being arranged on the surface pattern 2b, and the external connection terminal being a gauge lead 11a.
したがって、検出用試料10のひずみを診断用素子特性として用いることで、表面パターン2bのひずみを診断用素子特性として用いる場合よりも、半導体装置100Cにおける劣化診断精度の向上が期待できる。 Therefore, by using the distortion of the detection sample 10 as the diagnostic element characteristic, it is expected that the accuracy of deterioration diagnosis in the semiconductor device 100C will be improved compared to when the distortion of the surface pattern 2b is used as the diagnostic element characteristic.
この開示は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、限定的なものではない。例示されていない無数の変形例が、想定され得るものと解される。 Although this disclosure has been described in detail, the above description is illustrative in all respects and is not limiting. It is understood that countless variations not illustrated can be envisioned.
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In addition, it is possible to freely combine each embodiment, and to modify or omit each embodiment as appropriate.
1 放熱板、2 絶縁基板、2b 表面パターン、2c 裏面パターン、3 半導体素子、7 ケース、9 診断用素子、9a 端子、10 検出用試料、11 ひずみゲージ、11a ゲージリード、100,100A,100B,100C 半導体装置。1 heat sink, 2 insulating substrate, 2b surface pattern, 2c back surface pattern, 3 semiconductor element, 7 case, 9 diagnostic element, 9a terminal, 10 detection sample, 11 strain gauge, 11a gauge lead, 100, 100A, 100B, 100C semiconductor device.
Claims (5)
前記表面パターン上に搭載された半導体素子と、
上面視で前記絶縁基板を包含して前記裏面パターンと接合された放熱板と、
前記放熱板上の周縁部に固定され、前記絶縁基板と前記半導体素子とを収容するケースと、
前記ケース内に配置され、前記半導体素子の劣化を診断するための診断用素子と、を備え、
前記診断用素子は外部接続用端子を有する電解コンデンサであり、
前記外部接続用端子は、前記半導体素子と電気的に接続されていない、半導体装置。 an insulating substrate having a surface pattern provided on a surface thereof and a back surface pattern provided on a back surface thereof;
a semiconductor element mounted on the surface pattern;
a heat sink that includes the insulating substrate when viewed from above and is joined to the rear surface pattern;
a case fixed to a peripheral portion of the heat sink and accommodating the insulating substrate and the semiconductor element;
a diagnostic element disposed in the case for diagnosing deterioration of the semiconductor element;
the diagnostic element is an electrolytic capacitor having an external connection terminal,
The semiconductor device, wherein the external connection terminal is not electrically connected to the semiconductor element.
前記表面パターン上に搭載された半導体素子と、
上面視で前記絶縁基板を包含して前記裏面パターンと接合された放熱板と、
前記放熱板上の周縁部に固定され、前記絶縁基板と前記半導体素子とを収容するケースと、
前記ケース内に配置され、前記半導体素子の劣化を診断するための診断用素子と、を備え、
前記診断用素子は外部接続用端子を有するひずみゲージであり、
前記外部接続用端子は、前記ひずみゲージのゲージリードと接続され、かつ、前記半導体素子と電気的に接続されていない、半導体装置。 an insulating substrate having a surface pattern provided on a surface thereof and a back surface pattern provided on a back surface thereof;
a semiconductor element mounted on the surface pattern;
a heat sink that includes the insulating substrate when viewed from above and is joined to the rear surface pattern;
a case fixed to a peripheral portion of the heat sink and accommodating the insulating substrate and the semiconductor element;
a diagnostic element disposed in the case for diagnosing deterioration of the semiconductor element;
the diagnostic element is a strain gauge having an external connection terminal,
The semiconductor device, wherein the external connection terminal is connected to a gauge lead of the strain gauge and is not electrically connected to the semiconductor element.
前記検出用試料は前記表面パターン上に配置され、
前記外部接続用端子は前記ゲージリードである、請求項2に記載の半導体装置。 the diagnostic element includes a detection sample to which the strain gauge is attached;
the detection sample is placed on the surface pattern;
3. The semiconductor device according to claim 2 , wherein said external connection terminal is said gauge lead.
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